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数据链:破局而立者生

发布时间:2019-06-07 04:41 来源:未知 编辑:admin

  本文通过简要回顾近现代史上战争形态的发展与变化,对信息化作战的关键要素进行归纳总结,分析数据链对信息化作战的贡献和意义,并结合人工智能、无人系统、云计算等技术发展趋势,对数据链未来发展方向提出设想。

  孙子曰“求之于势,不责于人”,孙子认为行军打仗不是靠人,而是靠有利的作战态势。要形成有利的作战态势,依赖于对信息的精确获取和分析。虽然人类战争经历了冷兵器、机械化的发展历程,正处于信息化战争的变革时代,对传统战争的观念、理论和战法早已不同往昔,但亘古亘今对于信息的依赖却从未改变。

  信息,始终是配置作战资源、实施正确决策的前提。与传统作战相比,信息化作战突破了传统三维空间限制,在“陆、海、空、天、信息、认知”六维战略空间中,通过建立信息化军队,依仗信息化武器装备,实现机动、精确打击的战争目标。

  在这样的背景下,未来参战平台种类和数量的增量化、作战功能的复杂化,作战因素考量的多样化,终将导致决策空间急剧膨胀,战场信息爆发式增长,人工方式无法有效完成作战管理。同时,电磁对抗的日益激烈也将降低通信网络的可靠性,影响作战单元间的信息交互,致使决策单元难以获取全局信息,且难以可靠地将决策信息分发至所有作战单元。

  综上分析,在复杂电磁环境及海量信息战场环境中,实现信息的精确获取、数据的融合与处理、消息的完整恢复,是获取制信息权、形成有利战场态势的关键所在。而数据链,将会是形成信息化作战优势,提升作战效能的必然选择。数据链,并非简单的“数据链路”,而是一套完整的末端战场解决方案,其所包含的链路、网络与格式化功能,能将平台、传感器、武器有效交链,并基于作战任务提供模块化服务,从而实现数据融合与信息的增值,堪称作战系统的神经网络。

  当前,人类战争史已经进入了信息化作战的新篇章。面对这不可阻挡的时代浪潮,对于各方军事力量而言,既是挑战亦是变局。信息化武器装备,将成为未来作战力量的效能倍增器,有可能将各方军事力量重新洗牌。身处如此时代,若能适应新的战争需求,变革创新,则能够通过抢占信息域这一新的作战空间获取战争优势;反之,未能抓住时代变革机遇的,将可能会在未来很长时间内受到压制。

  第一个时代以近距离、无膛线武器、线性和方队为主,呈现典型的单一至上而下的指挥控制方式,作战增量主要体现在人数上。例如,1805年的奥兹特里兹战役、1815年的滑铁卢战役等。

  第二个时代属于机械化战争,以自动步枪武器、重型火炮为主,由机械取代人作为部队倍增器。例如,1853-1856年的克里米亚战争、1914-1918年的第一次世界大战等。

  第三个时代依然属于机械化战争,但更注重战术的灵活性,减小了单位投入,以动态取代了静态战斗,并逐渐使用空海力量辅助,构成多维打击,出现了作为部队倍增器的电子传感器。例如,第二次世界大战、1950-1953年的朝鲜战争等。

  第四个时代开始,进入信息时代战争,与传统的机械化战争不同,第四代战争呈现非线性组织与战斗特征,行动、进程具有不可预见性、隐蔽性,并强调快速交战的能力,其增量为获取信息优势。

  第五个时代是当前的时代,可以称之为信息中心战,通过渗透和瓦解网络及信息系统,大规模破坏诸如运输、通信和制造业等基础设施,以不引发人体伤害为特征,破坏工业和社会秩序,引发骚乱并瓦解社会基础。

  纵观人类战争史,战争逐渐发展成各方力量以信息和知识为主要作战力量的智力竞赛。在信息化战争中,前方与后方、军事与非军事的界限日趋模糊,极大扩展了对抗的空间。信息化战争不仅体现在陆海空战场的激烈较量,更要谋求在电磁域、信息网络域、心理域的优势;不仅注重作战的进攻、防御、机动,还要将信息化贯彻到后勤保障等诸多领域。在信息化战争中,必须极力发展先进的信息技术、侦察与监视技术、电磁对抗技术、隐形与反隐形技术及数字化作战平台技术,从而为提升作战效能提供新的手段。这些技术同时也提升了对功能平台的能力要求。

  例如,信息化监视侦察平台需要具备获取海量战场信息并及时分类、辨别、存储、传输的能力;信息化指控平台需要具备对战场态势实时高效的分析能力,并能够对各种决策方案比较择优。综上,一支现代化的联合作战部队,应当能够借助现代化信息技术手段,准确的监视和控制战场态势变化,快速制定决策,并适时调整决策,使作战响应精确、迅速且富有弹性。

  在信息化时代中,应当注重发展以下九项主导原则作为组织训练和作战的新规则:

  使用适时、准确和一致的信息生成信息优势,一方面能够提高我方收集信息的能力和减少对信息的依赖;另一方面能够提高敌方对信息的依赖,并降低敌方访问信息的能力。

  将信息和知识转换成联合作战态势感知,包括构建协同网络,发布和更新高质量的情报和数据,增加兵力生成共享感知和无缝访问数据的能力。

  主要从三个方面发挥信息优势的作用:将信息优势转变为作战优势,压缩决策时间;将信息优势转变为决策优势,以获取决定性的效果;逐步封杀敌方的选择权,达成我方选择权的优势。

  自同步是实现共享感知和指挥意图的基础,增加基层部队自主作战和再次作战的能力,提高基础部队的主动性,提高作战节奏和反应能力。

  战斗力从线性作战空间转变成非接触性作战,包括在适当的时间和地点生成有效的战斗力;创建非线性时间和空间,按需组建兵力强度;增强情报、作战和后勤的协同,实现精确效果和发挥散兵的速度优势。

  利用信息实现从地理集中向基于作战效果集中的转变,打破特定位置集结兵力的限制,增加运动节奏和速度,迫使对手难以跟踪我方目标。

  扩大、分散部署检测战区活动信息的网络化传感器,以获取决定性的效果,包括增加持续的情报侦察监视(ISR),利用传感器获取和维持信息优势,利用传感器公开张扬威胁意图,增强武器平台的传感能力。

  利用共享感知、动态自同步、分散部署兵力和减少集中兵力、传感器纵深延伸、压缩作战行动和战争层次,快速识别和适应敌方的作战环境,使我方快速获取优势。

  包括消除军兵种的作战边界;消除规程的分隔(组织、部署、使用和维持兵力),消除职能的分隔(作战、情报和后勤);在基层组织兵力和指挥联合作战。

  发展以上九项主导原则,则能逐步将作战形式从以平台为中心的机械化作战向以网络为中心的信息化作战转变。信息化作战将是平台生成信息,信息构成网络,网络武装部队,部队参与战争,战争形成态势,态势生成决策,决策回传平台的闭环回路。信息化时代将没有孤立的平台,平台间依靠信息联动,信息依赖网络存在。“部队网络化”不仅意味着提供部队各组成部分之间的联通性,还包括开发分布式的协同过程,从而确保指挥官能够共享所有相关的信息,掌握所有相应的武器装备,以实施主宰机动、精确交战、全维保护和集中后勤。当这些军事行动发生在战争背景下时,网络中心作战将同时发生在物理域、信息域和认知域,以及三者之间。

  数据链的本质是将作战样式从基于资源的作战直接引入到基于信息的作战。即将各类作战要素数据进行分类处理形成对作战要素准确描述的信息;将信息按需分发共享,并根据作战任务流程对信息进行整合、分析、处理形成作战决策。通过格式化的指令交互,实现武器的协同控制,完成对目标的打击行动;根据对目标毁伤数据的分析、评估,转入基于数据的闭环控制链路。

  主宰机动是联合部队在执行军事任务过程中,以决定性的反应速度、压倒性的作战节奏夺取位置优势的能力。高度分散展开的联合部队,包括空军、陆军、海军、两栖部队、特种作战部队和太空部队,能够根据战斗或非战斗行动要求,调动或集结一支或多支部队的兵力与火力效果,通过运用信息、欺骗、交战、机动和反制机动等能力,确保在整个作战领域的优势。

  精确打击是联合部队在整个军事行动领域的能力,能够定位、监视、识别和跟踪目标,选择、组织和使用适当的系统,产生预期的效果,评估作战效果,在必要时能以决定性的速度和压倒性的节奏再次实施打击。精确打击是基于效果的作战。

  集中后勤是一种保障能力,它为联合部队在整个军事行动范围内的准确地点和准确时间,提供准确数量的人员、设备以及资源补给。

  全维防护是联合部队保护其执行关键任务的人员及物资的能力。它通过精心选择和应用多层次的主动和被动措施来实现,在可接受的风险程度内,贯穿于整个军事行动区域的天空、陆地、海洋、太空和信息领域。

  主宰机动强调的是针对出现的威胁预警,能够将分散的作战资源基于作战效果集结,包括分布式的传感器网络、平台和武器。要实现这一效果,必须借助数据链提供的传感器融合、实时评估和信息分发。例如,CEC(协同作战能力)系统,是一个结合了高效传感器栅格和高效交战栅格的系统,能够将地理上分散的传感器和武器平台连接在一起,构成一个可互操作的、满足火控打击精度要求的信息共享网络,并可通过与JTIDS系统构成的信息栅格交链获取战术信息,对传感探测目标进行辅助确认和打击决策。精确打击强调一整套的实时交战策略选择,包括基于目标的武器配对、兵力生成。实现这一效果,依赖于对目标的持续监测与识别、对作战效果的预计以及打击效果评估。

  传统的通信系统着力于提升通信性能,依靠通信性能优势实现信息优势,例如提升通信系统的可靠性、带宽等指标,从而实现可靠的作战功能。前文已述,未来信息化战场将是一个电磁频谱交叠碰撞的复杂战场,通信性能难以保证。为了保证可靠的作战效能,不能够仅仅依赖于提升指标。在未来,作战效能与硬件能力将不会是线性关系,硬件能力发展至一定程度后,对作战效能的提升将会变得非常有限。继续提升系统指标,只是增加系统的复杂度,使互联互通及互操作变得更为困难。

  因此,必须依赖于数据链所提供的分布式资源调度与整合:利用分布式传感器数据融合,克服单传感器探测范围的限制,扩大武器的有效使用范围;解除对本地传感器-武器配对的约束限制,获得非绑定的武器控制能力;共享交战控制,支持接力制导和超视距交战。如此,便能够在复杂电磁环境中,完成对目标的精确监视与跟踪、网络化的兵力与火力生成,最终完成精确打击。

  在信息化作战中,必须避免不经计算的、盲目的地理集中式的兵力集结,取而代之的是依据评估和预测,基于火力效果的分布式兵力集结。要实现如此变化,必须依赖数据链所提供的融合、决策与评估优势,将精确计算转化为精确打击。亦即古人所云,“未战而庙算胜者,得算多也;未战而庙算不胜者,得算少也。多算胜,少算不胜,而况于无算乎。”

  全维防护强调的是打破以往单调的防护策略,利用分布于空、天、陆、海及水下的平台,通过物理及信息的主被动相结合的手段,产生交叠的防护效果。例如有人无人协同、无人机抵近干扰、收发分离的分布式探测、无人机假目标掩护等。全维防护不仅指技术上的电子防护手段,更强调的是战术上的防护策略,将先进的信息技术、隐形技术与新型作战手段相结合,达到掩护有生战力、快速突防的战术目的,以及利用分布式的战场管理达到抵抗软杀伤的目的。利用数据链,将改变依赖于平台自身性能的单平台硬抗的现状,实现网络化的分布式防护效果。

  2015年,《中国的军事战略》国防白皮书指出我国武器装备的研制方向为:“增强基于信息系统的体系作战能力,加快转变战斗力生成模式,运用信息系统把各种作战力量、作战单元、作战要素融合集成为整体作战能力,逐步构建作战要素无缝链接、作战平台自主协同的一体化联合作战体”。根据白皮书,当前武器装备的研制需要解决制约其体系作战能力的突出矛盾和问题,给出的解决方案需推进信息资源深度开发和高效利用,实现联合作战体系的自主协同。

  当前,随着信息化进程的快速推进,单武器对抗为主的简单合同作战,正在被武器装备体系对抗替代。但目前的信息化部队作战方式仍以传统的机械化部队作战方式为主,只是因信息技术的运用使作战节奏加快,使火力协同的准确性和时效性得以大幅度提高,还远远没有达到信息主导下的体系对抗应有的作战效能。

  针对上述存在的问题和不足,军委科技委主任刘国治中将给出了解决思路,在2017年3月7日人大解放军团分组会议时指出:

  “人工智能必将加速军事变革进程,对部队编成、作战样式、装备体系和战斗力生成模式等都会带来根本性变化,甚至会引发一场深刻的军事革命。”

  对于数据链系统,虽然没有明确提出智能虚拟化的概念,但其设计理念事实上已经融入到了数据链系统当中。比如数据链系统所使用的消息标准,就是对各作战要素实现虚拟化的过程,其核心问题是解决机器对机器的比特化交互,实现机器对机器的自主理解。例如Link16的J系列消息,由美军标准MIL-STD-6016所规定,是美国三军联合作战互通的基础,可以实现网络管理、状态报告、威胁告警等功能,以及指挥控制空中战斗、电子战等复杂作战任务。一条J系列消息所包含的信息量非常庞大,每一个比特都有明确的意义和任务,如此大的信息量是人员无法操作的,必须依赖机器自主的完成大部分处理。

  在抗干扰方面,J系列消息针对不同的消息类型与作战环境,提出四种不同的消息封装结构,包括:STDP结构、P2SP结构、P2DP结构,以及P4SP结构。每种封装结构应对不同的消息类型、吞吐量需求以及抗干扰性能要求。系统将根据所传递的消息重要程度以及战场的电磁环境实时自适应的调整封装结构,以确保重要消息一次可达,或保证非格式化消息的速率要求。

  一些先进的数据链系统,如TTNT,可以根据战场环境自适应调整传输波形,在强对抗环境中采用隐蔽通信模式与自适应功率控制,保证链路可靠性以及低截获/低探测概率,如下图所示。

  同时,TTNT系统具备多跳中继能力和动态路由管理功能,当传输路径需要穿过强对抗区域时,其网络可以自适应调整路由规避强对抗区,实现可靠传输。

  由上述分析可以看到,在数据链系统的设计中,其在应用层、网络层、物理层的设计中都已融入了智能的概念,从而一定程度减小人员参与,提高末端战场系统的时效性。

  前文已述,如图5中所展示,数据链技术的发展,驱动着作战样式由“本地规划”(U/VHF)转变为“传感器数据共享”(Link11/16/22),再逐步转变为“跨平台规划”(CEC/NCCT)。这一过程中已经部分完成了武器、传感器与本地平台的解耦,使得作战效能的提升不完全依赖于本地平台功能复杂度的堆叠。

  可以预见,这一解耦的进程在未来不会终止,而是会进一步的深入下去。随着传感器、武器等功能节点完全与本地平台剥离,本地平台将仅仅作为这些功能节点的物理载体。被剥离出来的功能节点将组成数个新的网络或资源池,如传感器资源池、武器资源池等。传感器数据和控制权的共享范围将进一步的扩大,从而将“观察链”与“杀伤链”无缝连接,缩短发现到打击的时间。通过这一进程,增强了情报侦察的确定性,减少了操作人员引入的误差和不确定性,改变了目前“观察”与“杀伤”相互孤立且交互不可靠的现状。事实上,这一过程已经潜移默化地引入了“智能”的概念,只是离我们期望达到的智能还有一定的距离。但毋庸置疑的是,数据链未来的发展,必然会走向智能。

  我们设想未来数据链的主体框架将是“浮云、泛网、微端”。“浮云”与“泛网”意指基于无处不在的网络实现全维跨域协同、高度融合与自然聚散,打破了作战平台与传感器、武器之间的硬链接,以松耦合方式构建完整“杀伤链”,其精髓是“聚零为整、化整为零”。未来的数据链网络能够根据作战发展和态势变化,将预规划与在线规划相结合,支撑随遇接入,并实时调整网络拓扑。

  “微端”可以从三个层面理解,一是载荷“微”,二是代价“微”,三是影响“微”。

  载荷“微”是基于共享资源的理念,降低载荷量,提升智能化程度。这将使无人平台不断向小型化和智能化发展,并将从战场支援角色转变为作战链的全程参与者甚至主导者。无人平台无需具备全套复杂功能,仅需要具备某项或某几项功能,在保证最小通信能力的基础上完成雷达探测、电子战、精确打击、目标成像等功能中的一项或几项,并最终通过数据链实现各种离散功能的体系加成。

  代价“微”可以理解为利用这种分布式的作战体系有助于推动无人平台的小型化和功能简单化,从而大幅降低无人平台的成本与生产周期,使得集群作战具有现实意义。在笔者看来,利用高价值平台,其集群的效能提升与成本投入之比还需要仔细讨论。

  影响“微”则是指这种分布式的体系具有自我修复功能,即使单个平台或局部平台受损,也不会造成整个作战体系的瓦解。

  我们对“浮云、泛网、微端”这一架构作以总结,就是构建“散系”的概念,将复杂、昂贵的有人飞机作战能力分散给多样化的系列无人平台,每个平台具备某一个或某些功能,通过体系融合,多平台能够在整体上达到甚至超越全平台的作战效能。从另一个角度来理解,就是降低了平台的复杂度,但提升了体系的复杂度。对于复杂体系中更大体量的数据处理和平台间交互,依赖于数据链智能化程度的提升。正如美国太平洋空军司令卡莱尔上将,以及美国空军情报主管德普图拉中将所阐述的观念:“不断进化的数据链是实现作战云体系的关键”。

  在信息化作战的大环境下,开展数据链系统研究需要针对四项最基本的军事需求:不可靠信息交互环境下的网络组织;不完整信息交互下的统一态势形成;传输受限条件下的协同精确控制;基于不可靠传输的模糊控制理论。

  “三军语言”力求简明、快捷、格式一致,开展三军指挥语言命令的统一性的研究;协同信息要素研究,主动协同信息分发的研究;目标指示简明、快捷、高精度的研究;战略、战役、战术不同层面的现实内容研究,为指挥、作战提供不同的决策信息能力;不同信息源的融合能力提升研究;数据链系统性能优势和短板的研究等。

  同时,未来数据链系统应当融入模糊控制、云计算、大数据等民用领域新成果。对模糊控制的要求包括:

  不依赖被控制对象的精确数学模型,仅依赖专家知识和操作者的经验;具有较强的知识表达能力,可以将专家知识和操作者经验以规则的形式加以描述和提炼;具有较强的推理功能,经过模糊逻辑推理可以实现类似于人的决策过程。需要结合云计算突破的技术点包括:分布式航迹选优算法,即传感器注册与航迹质量优化技术;无中心“零”资源管理算法;分布式复合跟踪算法;无源协同探测与定位算法;协同特征提取与辅助决策算法;异构传感器协同探测与辅助决策;分布式传感器协同控制与处理技术;分布式协同制导算法与模型;分布式协同控制与辅助决策算法等。

  在如此挑战与机遇并存的变局中,我们应当顺应潮流,同时也要保持独立清醒的头脑。在科技工作中,要以问题为导向,瞄准差距、改革创新、解放思想、转变观念,努力推进国防科技工业发展由跟踪研仿向自主创新转变;能力建设由任务能力型向体系效能型转变;发展路径由内向发展向开放发展转变;体制机制由基于平台的纵向结构向基于专业化的有效竞争转变。在这样的潮流中,或与光同沉,或破局而立。数据链,或许就是破局的关键。

  [1]何浩,于芹.《 孙子兵法》“ 知” 视角下的美军网络中心战[J].滨州学院学报,2016(5):25-29.

  [2]王启宇.无人机网络化导航相关技术研究[D].西北工业大学,2004.

  [3]时刚.强军目标指引下的军事战略创新[J].军队政工理论研究,2015, 16(4).

  [4]谷玥昕.“体系集成技术”将增强美军空中优势[J].防务视点,2015(6):57-58.

  本篇节选自论文《数据链:破局而立者生》,发表于《中国电子科学研究院学报》第14卷第4期。

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